[发明专利]一种金属粉末凝胶注模成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属粉末凝胶注模成形方法，属于粉末冶金生产工艺中金属零部件制备技术领域，特别是提供了一种低碳残留、无毒凝胶注模成形方法。

背景技术

凝胶注模成形是近年来倍受关注的一种近净成形技术，可制备大尺寸、复杂形状的零部件，尤其适合于制备难加工的材料。

凝胶注模成形的原理是利用有机单体聚合成三维网状的聚合物，使粉末原位固化形成坯体。由于单体的聚合度较高，形成的有机物分子量较大，因此在烧结时难以完全排除。对于金属粉末而言，残留的碳将与粉末反应形成碳化物，阻碍烧结过程的进行，同时使材料变脆，因此研究低碳残留的凝胶体系对于金属粉末的凝胶注模成形至关重要；此外，凝胶注模常用的溶剂及单体均为有毒物质，无毒凝胶体系的研究也一直是凝胶注模成形的发展方向。在CN 200810231105.2专利文献中利用丙烯酰胺为单体进行凝胶注模成形，丙烯酰胺具有神经毒性作用，对人体不利，同时聚合形成的高分子网络在烧结过程中不易完全脱除，碳残留会对最终制品的性能产生不利影响。

硬脂酸钠是一种长碳链的极性分子，室温时在乙醇中不易溶，在较高温度下，硬脂酸钠能均匀分散在乙醇中，冷却后即可形成凝胶，使粉末颗粒被束缚在相互连接的大分子之间，固化成形。因此，硬脂酸钠在不同温度乙醇中的溶解度变化实现凝胶化的特性，可作为一种低碳残留、无毒凝胶体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属粉末凝胶注模成形方法，碳残留低且无毒低廉，用于金属粉末，特别是活泼金属的凝胶注模成形。

该凝胶过程首先是在一定温度条件下配制硬脂酸和氢氧化钠的无水乙醇溶液，加入适量金属粉末制成具有一定流动性、稳定的悬浮浆料，将上述浆料混合并搅拌均匀后注入模具，硬脂酸与氢氧化钠反应形成硬脂酸钠，冷却即形成凝胶，从而使粉末固化形成坯体。

具体工艺如下：

1、取等质量的两份乙醇分别置于两个容器中，再在其中一个容器中加入1~10 wt%的硬脂酸，另一个容器中加入0.14~1.4 wt%的氢氧化钠，硬脂酸与氢氧化钠的质量比为7.1:1；

2、将容器置于55~70℃的水浴中恒温加热并搅拌至硬脂酸与氢氧化钠全部溶解；

3、将平均粒度为1~50μm的金属粉末与乙醇按照体积比1:5~2:1混料，搅拌均匀，形成浆料；

4、将两份浆料混合，搅拌均匀后注入模具内，冷却后固化成形；

5、脱模后将坯体在40℃~80℃条件下真空干燥5~20小时，即得凝胶注模成形坯体。

本发明的凝胶注模成形适用于所有金属粉末。

本发明与常用的丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯为单体的凝胶体系相比，无单体聚合过程，因此有机物分子链较短，易于在排胶过程中排出，碳残留少，特别适合于钛、钕铁硼等活泼金属及合金的凝胶注模成形。其优点在于：

1、形成凝胶的有机物为硬脂酸钠，分子链较短，易于在低温预烧阶段排除，碳残留低，烧结后碳残留低于0.1 wt%。

2、该方法利用的有机物及溶剂均无毒，符合凝胶注模成形无毒化的要求，并且工艺简单，适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1：凝胶注模成形铁基零件

1、称取两份10g的乙醇分别置于两个烧杯中，在其中一个烧杯中加入0.1g硬脂酸，另一个烧杯中加入0.014g氢氧化钠；

2、将上述两个烧杯置于55℃的水浴中恒温加热并搅拌至硬脂酸与氢氧化钠全部溶解；

3、将平均粒度为50μm的铁粉与乙醇按体积比2：1混料，搅拌均匀，形成浆料； 

4、将两份浆料混合，搅拌均匀后注入模具内，冷却后固化成形；

5、脱模后将坯体在40℃条件下真空干燥20小时，即得凝胶注模成形坯体，烧结后碳残留为0.01wt%。

实施例2：凝胶注模成形钛结构件

1、称取两份20g的乙醇分别置于两个烧杯中，在其中一个烧杯中加入2g硬脂酸，另一个烧杯中加入0.28g氢氧化钠；

2、将上述两个烧杯置于70℃的水浴中恒温加热并搅拌至硬脂酸与氢氧化钠全部溶解；

3、将平均粒度为1μm的氢化钛粉与乙醇按体积比1：5混料，搅拌均匀，形成浆料； 

4、将两份浆料混合，搅拌均匀后注入模具内，冷却后固化成形；

5、脱模后将坯体在80℃条件下真空干燥5小时，即得凝胶注模成形坯体，烧结后碳残留为0.05wt%。

实施例3：凝胶注模成形YG10硬质合金